CN201282317Y - 大容量直流融冰装置 - Google Patents

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CN201282317Y CNU2008200676885U CN200820067688U CN201282317Y CN 201282317 Y CN201282317 Y CN 201282317Y CN U2008200676885 U CNU2008200676885 U CN U2008200676885U CN 200820067688 U CN200820067688 U CN 200820067688U CN 201282317 Y CN201282317 Y CN 201282317Y
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李澍森
吴夕科
陈晓燕
石延辉
左文霞
程军照
李敏
桂朋林
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Abstract

一种大容量直流融冰装置,包括整流变压器、六脉冲整流器、测控单元、直流电压、电流互感器TV、TA、直流平波电抗器、平衡电抗器、交流电压互感器TVa、交流电流互感器TAa和中央控制系统;它有N个参数相同的六脉冲整流器,N个测控单元独自为各个六脉冲整流器提供触发脉冲;直流融冰装置的输入端配有交流电压互感器TVa、交流电流互感器TAa,其输出接中央控制系统;N个六脉冲整流器输出正极通过平波电抗器直接并联后接到待融冰输电线路的一端;其负极通过N抽头平衡电抗器并联连接到待融冰输电线路另一端。采用整流器的并联运行技术,解决大电流、高电压、大容量直流融冰装置问题。

Description

大容量直流融冰装置
技术领域
属于电力输电线路的融冰设备。
背景技术
输电线路在冬季覆冰是电力系统的重大自然灾害之一。因覆冰引起的供电中 断,甚至电网解列等事故后果通常极为严重,修复工作难度大、周期长。为解决 这一严重威胁电力系统安全运行的难题,世界各国都投入了极大的人力物力进行 研究。目前输电线路除冰主要有热力除冰、机械除冰、被动除冰等方法。因高压 输电线路大多架设在荒郊野外、崇山峻岭之间, 一旦产生覆冰,就目前的技术水 平而言,采用机械法除冰难以达到及时除冰的目的。因此热力融冰仍是目前可行 的常用方法。
热力融冰采用交、直流电流均可,但实施上有很大的差别。采用交、直流电 流热力融冰的现有技术及其不足如下: 1、"三相短路融冰法"
"三相短路融冰法"是将融冰线路的一端三相短路接地,在另一端施加合适 的融冰电源,由较大的短路电流加热导线,使之达到融冰的温度。三相短路融冰 法原理示于图1,若融冰电压为f/i?、三相输电线路并联阻抗为Zi,则融冰电流
z丄
融冰电流/w必须大于输电线路的临界覆冰电流、而小于线路的安全电流,因 此必须选择适当的融冰电压。即必须提供合适的融冰电源。在电网中只有两种途 径提供融冰电源。
(1) 发电机组,借助发电机及励磁设备,采用零起升流办法提供直流电流给 线路融冰。该方法所存在的问题是需要针对相应的线路联结融冰专用设备,临时 改变发电机励磁系统接线,融冰前期准备工作量大,实时性和快速性较差,而且 仅适用于中、短距离的线路融冰。
(2) 系统电源,即在变电站选合适的电压等级作为融冰电源。由于^j的限制, 要得到合适大小的只能设法改变々,常用的方法是将若干条输电线路串接起来,以达到所要求的zr,因此三相短路融冰法往往需要停运多条线路,尽管
有些线路并不需要融冰,因此会使多条线路停运,造成不必要的停电损失。 三相短路融冰法主要还存在如下弊端-
(1) 实施三相短路融冰,需将包括融冰线路在内的所有融冰回路中架空输电线停 下来,融冰电源通常由系统提供,故只能采取冲击合闸方式,在系统电压较 低、无功备用不足时可能会破坏系统稳定。
(2) 融冰前期准备工作量很大,需要调度、运行、继保等多个部门配合,影响正 常生产;
(3) 三相短路融冰耗电量大, 一次融冰所需电量通常都在数万kWh以上。
(4) 该方法仅对220kV及以下电压等级线路可行,由于融冰电源难以解决,对
500kV及以上线路基本无法实施,即用较低电压等级作融冰电源,所能融 冰线路太短;采用高电压等级,需要系统提供巨大的无功功率。例如对 4xLGJ300、 4xLGJ400、 4xLGJ500三种500kV常用导线,施加不同等级电 压,满足最小融冰电流条件下,所能融冰线路的长度及所需无功功率计算 结果列于表l;
表l线路长度及所需无功容量
电源电压 4xLGJ300 4xLGJ400 4xLGJ500 /kV /km /Mvar /km /Mvar /km /Mvar
35 25 170 22 194 18 242
220 169 1115 148 1275 118 1594
, 375 2473 329 2827 263 3533
注:上述三种500kV线路最小融冰电流分别取2.8kA、 3.2kA、 4.0kA;
计算表明,用35kV、 220kV系统作为融冰电源,可融冰线路最长分别不超 过25km、 169km;而用500kV系统作融冰电源,线路长度基本可满足要求,但 需要系统提供2000Mvar以上的无功功率, 一般变电站无法提供如此巨大的无功 储备。
综上所述,三相短路融冰法无法满足500kV输电线路融冰需要,对较低的电 压等级融冰也存在问题。研究、计算表明,采用直流融冰技术则可克服以上弊端。 2、"直流融冰法"由于500kV线路采用分裂导线,线路的分布电容大,而直流电阻只有交流阻抗的10%左右,交流短路融冰时,融冰电源需提供大量无功用于线路充电,作用于电阻发热的部分相对很小。因此要得到同样大小的融冰功率,采用直流电流融冰所需电源容量将小得多。
例如,220kV输电线路长度一般在100km以内,常用导线有LGJ300、LGJ400、2xLGJ300、 2xLGJ400;特殊的有2xLGJ630; 500kV输电线路长度一般在400km以内,常用四分裂导线,艮卩4xLGJ300、 4xLGJ400、 4xLGJ500。由实验结果推算出直流融冰功率及电压,见表2。其中融冰回路电阻i?i-1.5xi^x丄(直流融冰时,将线路两相并联后再与另一相串联);融冰电流:%=/dx&,融冰功率:尸f^x/rf。由计算、分析可得,考虑一定的裕度,满足500kV及以下输电线路融冰要求的直流融冰装置,其电流不小于5kA,电压应在60kV左右,因此容量不小于300 MW。
表2融冰功率及电压(环温:一16'C,风速3.5m/S)
<formula>formula see original document page 5</formula>
注:各型号导线的直流电阻因钢芯不同有差异,取其中的最大值
直流融冰技术关键是高电压、大功率直流功率源的研制开发及合理利用。直流功率源本质上是整流器,按理利用电力电子技术设计、制造大功率整流器是不难的,但用于线路融冰,由于器件参数的限制,其电流无法达到所要求的水平。由以上分析、计算可知,满足500kV及以下输电线路融冰要求的直流融冰装置,其基本参数为:
300MW/60kV/5kA (1)即使在直流输电工程(HVDC)中使用晶闸管(5英寸硅片),其额定电流为3kA,因此目前500kV直流输电工程的容量限制在3000MW以内;而特高压HVDC工程将采用的6英寸硅片,其额定电流也只能达4〜4.5kA,均不能满足直流融冰装置的对电流的要求。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有融冰技术的不足,提供一种大容量直流融冰装置,采用整流器的并联运行技术,解决大电流、高电压、大容量直流融冰装置问题。
本实用新型的技术方案是: 一种大容量直流融冰装置,其特征在于:包括整流变压器、六脉冲整流器、测控单元、直流电压、电流互感器TV、 TA、直流平波电抗器、平衡电抗器、交流电压互感器TVa、交流电流互感器TAa和中央控制系统;
它有W个参数相同的六脉冲整流器,iV大于等于2, iV个测控单元独自为各个六脉冲整流器提供触发脉冲,同时采集直流电压、电流互感器TV、TA的信号,分析、计算六脉冲整流器输出的电压、电流值;直流融冰装置的输入端配有交流电压互感器TVa、交流电流互感器TAa,其输出接中央控制系统,用于检测直流融冰装置交流侧的电压、电流、有功及无功功率、谐波等参数;W个参数相同的六脉冲整流器输出正极通过平波电抗器直接并联后接到待融冰输电线路的一端;其负极通过iV抽头平衡电抗器并联连接到待融冰输电线路另一端。
如上所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:六脉冲整流器采用大功率晶闸管或直接采用HVDC的换流阀。
如上所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:整流变压器的接线依次为Y/Y—12、 Y/A_12; Y/Y_„、 Y/A—u......,整流变压器设计成不同的连接组别,使
整流变压器原、副边电压形成不同的相位移,从而使每两台六脉冲整流器构成12脉冲整流器,每4台构成24脉冲整流器......,以减小交流侧的谐波电流;根
据不同的六脉冲整流器台数,即不同的脉冲数,在整流变压器高压侧产生的特征谐波次数":
w=ib<;7±l jfc—脉冲数;p=i, 2, 3,......。
如上所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:各六脉冲整流器交流侧装设的滤波器组由2〜3组双调谐或三调谐构成,其参数需根据六脉冲整流器的数量iV及所产生的特征谐波次数决定,以最大限度滤除六脉冲整流器产生的谐波电流。
如上所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:各六脉冲整流器的触发角满足下式:
本实用新型的优点和有益效果:(l)由现有晶闸管即可满足要求;(2)根据不同电压等级、不同长度的线路,投入不同台数,以适应不同线路融冰的需求;(3)容量及电流可以任意扩展;(4)采用模块化、标准化、集装箱型可移动式结构,便于运输移动,可满足不同地方融冰需求。
附图说明
图1,是现有技术的三相短路融冰法原理图。图2,本实用新型实施例的六脉冲整流器电路图。图3,本实用新型大容量直流融冰装置原理图。图4,是图3中测控单元原理框图。
图5,是图3中的中央控制系统原理框图。
图6,现有技术的HVDC换流站接线图。
图7,本实用新型实施例的HVDC换流站两个单桥并联。
图8,是图7实施例——两台整流器组成大容量直流融冰装置原理图。
具体实施方式
图3中标记的说明:①-整流变压器,②-六脉冲整流器,③-测控单元,©-直流电压、电流互感器TV、 TA,⑤-直流平波电抗器,⑥-平衡电抗器,⑦-交流电压互感器TVa,⑧交流电流互感器TAa ,⑨-中央控制系统,⑩-滤波器组。
参见图3。本实用新型实施方案是: 一种大容量直流融冰装置,其特征在于:包括整流变压器CD、六脉冲整流器0)、测控单元③、直流电压、电流互感器TV、TA逸、直流平波电抗器⑤、平衡电抗器©、交流电压互感器TVa(Z)、交流电流互感器TAa⑧和中央控制系统②;
它有iV个参数相同的六脉冲整流器O), iV大于等于2, W个测控单元③独自
为各个六脉冲整流器O)提供触发脉冲,同时采集直流电压、电流互感器TV、 TA
逸的信号,分析、计算六脉冲整流器O)输出的电压、电流值;直流融冰装置的输
入端配有交流电压互感器TVa⑦、交流电流互感器TAa⑧,其输出接中央控制系统,用于检测直流融冰装置交流侧的电压、电流、有功及无功功率、谐波等参数;
iv个参数相罔的六脉冲整流器0)输出正极通过平波电抗器⑤直接并联后接到待
融冰输电线路的一端;其负极通过AT抽头平衡电抗器(g)并联连接到待融冰输电线路另一端。(待融冰输电线路两相并联再与另一相串联)。
测控单元③向各六脉冲整流器②提供触发脉冲,中央控制系统(S)接收各测控
单元③传来的电压、电流值,协调各六脉冲整流器②的统一运行。
六脉冲可控整流电路如图2所示,对于电阻性负载,若ct为晶闸管导通角,整流变压器二次侧线电压为",直流侧电压为":
w2a = C/2 cos p
w2A =C/2cos(^)-1200) (2)w2c =^/2cos(^ + 1200)
=-f/2cosa = 1.35f/2cosor (3)
将iV个六脉冲整流器并联运行(图3),各整流器的输出电压分别为:
〃 3々,,;r
^2=丁"22匿2 糾,2, 3……, (4)
W个参数相同的六脉冲整流器(g)直流输出侧并联,输出电流为单个的JV倍,六脉冲整流器采用大功率晶闸管(或直接采用HVDC的换流阀),因此融冰装置的功率及电流很容易达到(l)式的要求。
中央控制系统②通过实时接收各测控单元③传来的电压^ft、电流/力,根据(5)、 (6)式判断各六脉冲整流器0)输出的电压、电流与平均值之差是否小于e[/、 e/,并及时给出控制信号,调节各六脉冲整流器O)的输出,尽可能减小各六脉冲整流
器O)之间的环流;平衡电抗器⑥起到平衡各六脉冲整流器0)输出电压、电流不平
衡的作用。
(1) 各整流器输出电压平衡判据:
",+";.' + "U^u (5)
(2) 各整流器输出电流平衡判据:
hJ"化^…"",^-hk, (6)
本实施例中的大容量直流融冰装置,其整流变压器①的接线依次为Y/Y-12、Y/A-12; Y/Y-„、 Y/A_„......,整流变压器(D设计成不同的连接组别,使整流变
压器0)原、副边电压形成不同的相位移,从而每两台六脉冲整流器O)构成12脉冲整流器,每4台构成24脉冲整流器……,以减小交流侧的谐波电流;根据不同的六脉冲整流器0)的台数,即不同的脉冲数,在整流变压器O)高压侧产生的特征谐波次数n:
"Ntx;?il 脉冲数;/?=1, 2, 3, ••••••。 (7)
本实用新型实施例中的大容量直流融冰装置,各六脉冲整流器O)交流侧装设滤波器组⑩,滤波器组⑩由2〜3组双调谐或三调谐构成,其参数需根据六脉冲整流器0)的数量iV及所产生的特征谐波次数决定,以最大限度滤除六脉冲整流
器0)产生的谐波电流。
本实用新型实施例中的大容量直流融冰装置,其特征在于:各六脉冲整流器O)的触发角满足下式:
"1= a2= a3==〜参见图4。本实用新型实施例中的测控单元③由数字信号处理器DSP、 ROM、
RAM、 FPGA等组成,负责六脉冲整流器0)的控制、数据采集,运算、处理、通
讯及管理;由直流电压、电流互感器TV、 TA逸传来的信号进入TV、 TA输入缓冲单元预处理后,送到过压、过流检测及保护回路以及模/数转换器A/D,由DSP计算六脉冲整流器O)输出的电压、电流值,实时显示,并上传给中央控制系统(2);
测控单元③一旦发现过压、过流等故障,立即封锁六脉冲整流器O),并向中央控
制系统②报警; 一般由A相电压提供过零信号,由过零检测及触发角控制回路产生规定宽度的触发脉冲,送触发脉冲发生器,经过光电隔离回路为六脉冲整流器O)提供触发脉冲。触发角a可由测控单元③本地设置,而多台运行时则由中央控
制系统②提供,使得各六脉冲整流器O)的触发角完全一致;显示及操作控制单元
可对六脉冲整流器O)进行整定、设置及显示六脉冲整流器O)的运行状态信息;测
控单元③通过通信接口回路向中央控制系统②传递数据及接收控制命令。
参见图5。中央控制系统②由工控机、通信接口、过压、过流控制保护模块、
交流电压、电流互感器接口模块、电压、电流谐波检测模块组成。主要功能:(1)
向各六脉冲整流器O)发出统一的触发角控制信号;(2)接收各六脉冲整流器0)上
传的过压、过流故障信号以及电压、电流数据;(3)检测交流侧电压、电流、有功及无功功率、谐波等参数;(4)向变电站发出故障信号用于报警或跳闸。
参见图6。现有的HVDC换流站,基本接线如图6所示,由两个6脉冲单桥组成12脉冲整流器,两个单桥串联。
参见图7。将现有的HVDC换流站的两个单桥并联则可输出电流增加一倍,作为本实用新型的大容量直流融冰装置使用。
参见图8。图8是图7的具体电路形式,直流融冰装置由2台参数相同的六脉冲整流器0)构成12脉冲整流器,2台六脉冲整流器O)输出的负极通过平衡电
抗器⑥连接;整流变压器0为三圈式Y/Y/A连接变压器,因此直流融冰装置产生『12-1,即ll、 13、 23、 25……,次特征谐波。六脉冲整流器②的参数:150MW/60kV/2.5kA,直流融冰装置的仿真结果
列于表3。通过调节六脉冲整流器②的触发角,控制装置的输出电压、电流的大
小;当两台六脉冲整流器(2)的触发角不一致时(相差1、)两台六脉冲整流器②的电压基本相等,电流则相差较大,a产500、 a产51。时,/rf产2.00A、 /<^1息,两者相差1.7倍,因此各六脉冲整流器②的触发角尽可能保持一致。
表3直流融冰装置的仿真结果
<table>table see original document page 11</column></row> <table>

Claims (6)

1、一种大容量直流融冰装置,其特征在于:包括整流变压器、六脉冲整流器、测控单元、直流电压、电流互感器TV、TA、直流平波电抗器、平衡电抗器、交流电压互感器TVa、交流电流互感器TAa和中央控制系统;它有N个参数相同的六脉冲整流器,N大于等于2,N个测控单元独自为各个六脉冲整流器提供触发脉冲,同时采集直流电压、电流互感器TV、TA的信号,分析、计算六脉冲整流器输出的电压、电流值;直流融冰装置的输入端配有交流电压互感器TVa、交流电流互感器TAa,其输出接中央控制系统,用于检测直流融冰装置交流侧的电压、电流、有功及无功功率、谐波等参数;N个参数相同的六脉冲整流器输出正极通过平波电抗器直接并联后接到待融冰输电线路的一端;其负极通过N抽头平衡电抗器并联连接到待融冰输电线路另一端。
2、 如权利要求1所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:六脉冲整流器采用大功率晶闸管或直接采用HVDC的换流阀。
3、 如权利要求1所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:整流变压器的 接线依次为Y/Y-u、 Y/A-I2; Y/Y-u、 Y/A-u......,整流变压器设计成不同的连接组别,使整流变压器原、副边电压形成不同的相位移,从而使每两台六脉冲整 流器构成12脉冲整流器,每4台构成24脉冲整流器......,以减小交流侧的谐波电流;根据不同的六脉冲整流器台数,即不同的脉冲数,在整流变压器高压侧产 生的特征谐波次数mw=ib<p±l 6—脉冲数;p=i, 2, 3,......。
4、 如权利要求1或3所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:各六脉冲 整流器交流侧装设的滤波器组由2〜3组双调谐或三调谐构成,其参数需根据六 脉冲整流器的数量iV及所产生的特征谐波次数决定,以最大限度滤除六脉冲整 流器产生的谐波电流。
5、 如权利要求1或3所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:各六脉冲整流器的触发角满足下式:^="2=^=……=aN 。
6、 如权利要求4所述的大容量直流融冰装置,其特征在于:各六脉冲整流器的触发角满足下式:……=aN 。
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